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系統識別號 U0026-0812200915351982
論文名稱(中文) 微壓電積層陶瓷電容陣列感測器於咬合力量測
論文名稱(英文) Pilot Evaluation of Multilayer Ceramic Capacitor Sensor Array in Bite Force Measurement
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 醫學工程研究所碩博士班
系所名稱(英) Institute of Biomedical Engineering
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生(中文) 劉子玄
研究生(英文) Tzu-Hsuan Liu
電子信箱 ZSliou@mail.bme.ncku.edu.tw
學號 p8696101
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 70頁
口試委員 指導教授-張志涵
指導教授-林哲信
口試委員-林峻立
口試委員-李惠娥
口試委員-林鼎勝
中文關鍵字 陣列式感測器  微機電製程  積層陶瓷電容  咬合力 
英文關鍵字 Bite force  Multilayer ceramic capacitor(MLCC)  Micro-Electro-Mechanical Systems(MEMS)  Sensor array 
學科別分類
中文摘要 牙齒負責咀嚼食物,是為消化系統之最前線。然而過大或不正常之咬合力,容易造成牙冠及齲齒填充物之破壞,或對人工植體產生過大之彎曲應力,最終導致植牙的失敗。因此以臨床牙科之觀點,得知咬合力之大小固然重要,但對於咬合力之方向及作用位置亦是值得深入探討之議題。
由於當前文獻中,並無咬合力分佈之參考數據,亦沒有能量測咬合力分佈之器械,有鑑於此,本研究的目的為探討以市售積層陶瓷電容(multilayer ceramic capacitor, MLCC)作為力量感測元件之可行性,並結合微機電製程技術製作陣列式感測器,用以校正咬合力量測初步評估。
首先,針對單顆MLCC之壓電特性及力學強度進行量測,實驗結果顯示,MLCC電荷輸出量與受力關係呈高度線性(R2=0.998),在所評估的試件尺寸中,其具有450N以上承壓能力,證明此器材強度足以承受咬合力作用而不致於發生破壞。在陣列式感測器校正方面,受力分佈結果雖受MLCC本身高度所影響,但整體受力總和可有效反應MTS所施加之合力(error<6%)。將陣列感測器置於牙冠面下量測時,感測MTS施力之合力結果,準確率高達98.75%,故推估以此感測方式量測咬合力具高度之可行性。
英文摘要 One of the important functions of tooth is to provide force for food chewing. The quantified force information in human occlusion or mastication was incompletely recorded in past study, especially concerning how these forces are distributed on the dental crown. From a biomechanical point of view, the distribution of the occlusal force is not less important than the force magnitude for estimating most dental treatments such as crown or post restoration in a long term success. Therefore, the main purpose of this study is to justify the feasibility of using multilayer ceramic capacitor (MLCC) act as a force sensor, as well as to calibrate the accuracy of using the MLCC as a sensor array to measure the occlusal force.
The result reveals that the relationship in piezoelectric charge versus loading force of a single MLCC shows high linearity (R2=0.998), and it possesses the capacity to withstand 450N normal force. This suggested that strength of a single MLCC can survive from bite force. In sensor array calibrating, although the result of force distribution depends on the varied height of each MLCCs, the total force measured by this homemade sensor array can effectively report the MTS applied total force (error < 6%). Putting the sensor array under the crown surface, this array also provides high accuracy response (error < 2%). To conclude, the MLCC is an acceptable force sensor component and is possible for bite force measurement.
論文目次 中文摘要 i
Abstract ii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 ix
第1章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究背景 2
1.2.1 咬合力 2
1.2.2 積層式陶瓷電容 ( Multilayer Ceramic Capacitors) 3
1.2.3 壓電材料 5
1.3 文獻回顧 7
1.4 研究動機與目的 10
第2章 材料與方法 12
2.1 儀器與元件 13
2.1.1 積層式陶瓷電容 13
2.1.2 材料試驗機(MTS) 15
2.1.3 Charge Meter 16
2.1.4 資料擷取系統 18
2.2 微機電製程 (MEMS) 19
2.2.1 銅箔電極製作流程 19
2.2.2 陣列式感測器製作 22
2.3 實驗設計 23
2.3.1 量測系統 23
2.3.2 單顆MLCC 特性量測方式 24
2.3.3 陣列式感測器量測方式 25
2.3.4 陣列式感測器於牙冠下量測方式 27
第3章 結果 28
3.1 單顆MLCC壓電特性 28
3.1.1 力量作用與電壓輸出之關係 28
3.1.2 MLCC破壞強度 29
3.1.3 同規格MLCC之壓電靈敏度 30
3.1.4 不同施力速率對MLCC電荷輸出之影響 31
3.1.5 MLCC不同面受力壓電靈敏度測試 32
3.1.6 不同型號MLCC之壓電靈敏度 37
3.1.7 MLCC於循環負載測試 42
3.1.8 MLCC於長時間穩定性測試 43
3.2 陣列式壓力感測元件測試 45
3.2.1 2×2 陣列式感測器測試結果 45
3.2.2 3×3陣列式感測器測試結果 49
3.3 陣列式感測器於牙冠下量測力量分佈 55
3.3.1 單顆MLCC於牙冠切面下之壓電係數校正 55
3.3.2 陣列式感測器於牙冠下量測之輸出結果 60
第4章 討 論 61
4.1 MLCC之壓電特性結果討論 61
4.2 同規格及不同規格MLCC壓電特性差異比較 63
4.3 不同負載條件對MLCC電荷輸出之影響 65
4.4 陣列感測之結果討論 66
第5章 結 論 68
參考文獻 69
參考文獻 [1] 林江諭(2007), 微壓電感測器系統於咬合力量測之探討, 國立成功大學醫學工程研究所碩士論文。
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醫學工程研究所碩士論文。
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論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2014-08-25起公開。
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